DE10128842A1 - Isolator für eine gasisolierte Leitung - Google Patents
Isolator für eine gasisolierte LeitungInfo
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Abstract
Der Isolator (4) dient dem Abstützen eines zumindest abschnittsweise überwiegend axialsymmetrisch ausgebildeten und zur Führung von Hochspannung vorgesehnen Stromleiters (2) auf der Innenseite eines isoliergasgefüllten Kapselungsrohrs (3). Er enthält einen federelastisch verformbaren und auf den Leiter (2) aufgeschnappten Isolatorkörper. Dieser Isolatorkörper ist gebildet von einer axial um den Leiter (3) mit eimem Umfangswinkel (alpha, alpha') von mehr als 180 DEG geführten, federelastisch verformbaren Manschette (6) sowie von mindestens zwei an die Manschette (6) angeformten Tragelementen (7, 8). Die Tragelemente (7, 8) sind axial um einen Winkel (beta) von weniger als 180 DEG gegeneinander versetzt auf dem Kapselungsrohr (3) abgestützt. Sie weisen quer zur Achse (5) jeweils ein nach Art des Bogens oder eines Trapezes ausgebildetes Profil auf mit einer gegenüber dem Abstand zwischen Stromleiter (2) und Innenfläche des Kapselungsrohrs (3) geringen Dicke. DOLLAR A Der Isolator kann leicht montiert werden. Trotz eines vergleichsweise geringen Materialeinsatzes weist er eine hohe Tragfähigkeit auf. Wegen des geringen Materialeinsatzes treten in nicht zu vermeidenden Spalten, die sich zwischen der Innenfläche des Kapselungsrohrs (3) und einem Fuß (13) der Tragelemente befinden, vergleichsweise geringe elektrische Feldstärken auf. Daher werden dielektrische Schwachstellen im Bereich des Kapeslungsrohrs (3) weitgehend vermieden.
Description
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Isolator nach dem Oberbegriff von
Patentanspruch 1.
Ein derartiger Isolator ist in der älteren Patentanmeldung Aktenzeichen
100 59 165.5, eingereicht am 29.11.2000, beschrieben. Der in dieser Anmeldung
vorgeschlagene Isolator dient dem Abstützen eines zumindest abschnittsweise
überwiegend axialsymmetrisch ausgebildeten und zur Führung von Hochspannung
vorgesehenen Stromleiters auf der Innenseite einer isoliergasgefüllten Kapselung.
Der Isolator weist einen federelastisch verformten und auf den Leiter
aufgeschnappten Isolatorkörper auf mit einer axial um den Leiter mit einem
Umfangswinkel von mehr als 180° geführten, federelastisch verformbaren
Manschette. An die Manschette sind zwei Tragelemente angeformt, welche axial
um einen Winkel von ca. 100 bis 120° gegeneinander versetzt auf der Kapselung
abgestützt sind.
Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe
zugrunde, einen Isolator der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine
einfache Montage und sichere Positionierung des Stromleiters in der
isoliergasgefüllten Kapselung und zugleich die Fertigung einer gasisolierten
Leitung mit besonders günstigen dielektrische Eigenschaften ermöglicht.
Der Isolator nach der Erfindung weist einen Isolatorkörper auf mit einer
federelastisch verformbaren Manschette und mit zwei an die Manschette
angeformten Tragelementen. Ein solcher Isolator wird bei der Montage der
gasisolierten Leitung auf den Stromleiter aufgeschnappt. Bedingt durch die
seitliche Anordnung der beiden Stützelemente verklemmt die Manschette den
Stromleiter aufgrund seines Eigengewichts oder einer anderen radial auf den
Stromleiter wirkenden Kraft, wie etwa der Resultierenden von seinem Eigengewicht
und von kurvenbedingten Biegelasten, und setzt so den Isolator am Stromleiter
fest. Da die Tragelemente jeweils ein nach Art eines Bogens oder eines Trapezes
ausgebildetes Profil aufweisen und das Profil gegenüber dem Abstand zwischen
Stromleiter und Innenfläche des Kapselungsrohrs eine geringe Dicke besitzt, wird
nur ein relativ geringer Teil des Werkstoffs des Isolators bis in die Nähe des
Kapselungsrohrs geführt. Wegen dieses kleinen Anteils an Material mit einer
gegenüber dem Isoliergas höheren Dielektrizitätskonstanten treten in Spalten, die
zwischen der Innenfläche des Kapselungsrohrs und den Aussenflächen von
Tragelementen der Stützisolatoren angeordnet sind, vergleichsweise geringe
elektrische Feldstärken auf. Aus diesem Grund, und da die Isolatoren zudem
praktisch kantenfrei an die Innenfläche des Kapselungsrohrs geführt sind, werden
dielektrische Schwachstellen im Bereich des Kapselungsrohrs weitgehend
vermieden.
Zugleich werden wegen der bogen- oder trapezförmigen Ausbildung der auf dem
Kapselungsrohr aufliegenden Tragelemente von den Isolatoren Stützkräfte günstig
auf die Kapselung geführt, so dass praktisch keine Gefahr besteht, dass die
Isolatoren das Kapselungsrohr zu stark belasten und es dann gegebenenfalls
deformieren. Wegen der bogen- oder trapezförmigen Ausbildung der Tragelemente
wird zugleich die Umbruchfestigkeit der Isolatoren wesentlich erhöht und werden
so negative Auswirkungen auf die dielektrischen Eigenschaften des
Leiterabschnitts vermieden.
Eine Rundumabstützung des Stromleiters ist dann gewährleistet, wenn unter
Bildung einer die beiden Tragelemente enthaltenden sternförmigen Anordnung an
die Manschette ein drittes Tragelement angeformt ist.
Zweckmässigerweise weist das Profil zwei in Umfangsrichtung gegeneinander
versetzt an der Manschette ansetzende und gegeneinander geneigt angeordnete
Schenkel auf, welche einen in Umfangsrichtung über die Schenkel erstreckten
Fuss halten. Mit einem solchen Isolator wird dann nämlich nicht nur
hervorragendes dielektrisches Verhalten der gasisolierten Leitung erreicht,
sondern wegen der Federwirkung der Schenkel zugleich auch eine grosse
mechanische Festigkeit dieser Leitung, was insbesondere beim Auftreten von
hohen Stromkräften von grossem Vorteil ist. Gegebenenfalls ist es zweckmässig,
die Schenkel unsymmetrisch auszubilden. Abhängig von der Richtung der
wirksamen Kraft kann so eine besonders grosse Stabilität erreicht werden.
Um eine gute Beweglichkeit des Stromleiters in Richtung des Kapselungsrohrs zu
ermöglichen, empfiehlt es sich, im Fuss mindestens einen auf der Innenfläche des
Mantelrohrs abgestützten Rollenkörper anzuordnen.
Werden erhöhte Anforderungen an die axiale Positionierung des Stromleiters am
Isolator gestellt, so kann an der Manschette ein Sicherungselement vorgesehen
sein, welches beim Aufschnappen des Isolators in den Leiter eingreift. Ein solches
Sicherungselement weist mit Vorteil einen an die Manschette angeformten und in
eine Öffnung des Stromleiters geführten Zapfen auf.
Vorteilhafterweise sind an der dem Stromleiter zugewendete Seite der Manschette
und/oder an auf das Kapselungsrohr führenden Enden der Tragelemente aus
einem elektrisch leitfähigen Polymer gebildete Feldsteuerelemente angeordnet.
Der Isolator weist dann nicht nur hervorragende dielektrische Eigenschaften auf,
sondern er kann dann auch besonders einfach, vorzugsweise durch Spritzgiessen
oder Extrudieren, gefertigt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und die damit erzielbaren
weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine Aufsicht auf einen quer zum Stromleiter geführten Schnitt durch eine
gasisolierte, gekapselte Leitung mit einem Isolator nach der Erfindung, und
Fig. 2 eine Aufsicht in Pfeilrichtung auf einen längs II-II geführten Schnitt durch die
gasisolierte Leitung gemäss Fig. 1.
In allen Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Teile.
Eine in Fig. 1 dargestellte und mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete
gasisolierte Leitung repräsentiert eine Phase einer mehrphasigen
Wechselstromleitung oder einen gekapselten Gleichstromleiter mit einer Spannung
von jeweils bis zu mehreren hundert kV. Diese gasisolierte Leitung weist einen
Stromleiter 2 auf, welcher auf mehreren - in einer als Rohr ausgebildeten
Kapselung 3 angeordneten - Isolatoren abgestützt ist. Von den Isolatoren ist
lediglich ein mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichneter Isolator dargestellt.
Die Kapselung 3 ist mit einem Isoliergas, wie etwa SF6, gefüllt. Der Druck des
Isoliergases reicht im allgemeinen von Atmosphärendruck bis zu einigen bar. Das
Material der Kapselung 3 ist Metall, beispielsweise Aluminium oder Stahl, oder
Kunststoff, insbesondere auf der Basis eines Polymers. Der Kunststoff kann durch
Zugabe von leitfähigen Füllstoffen elektrisch leitfähig sein, kann aber auch
isolierend ausgeführt sein und eine potentialsteuernde Aussenbeschichtung aus
einem leitfähigen Kunststoff aufweisen. Der leitfähige Kunststoff kann
beispielsweise ein mit Leitfähigkeitsruss gefüllter Thermoplast, wie etwa
Polyäthylen oder Polypropylen, sein.
Der Stromleiter 2 ist ebenfalls als Rohr ausgebildet. Kapselungsrohr 3 und
Stromleiter 2 weisen zumindest abschnittsweise eine gemeinsame Achse 5 auf.
Zumindest in diesem Abschnitt ist der Stromleiter 2 axialsymmetrisch ausgebildet
und auf dem Isolator 4 abgestützt.
Der Isolator 4 weist eine federelastisch verformbare Manschette 6 auf, welche axial
um den Stromleiter 2 mit einem Umfangswinkel alpha von mehr als 180° geführt
ist. An die Manschette 6 sind zwei Stützelemente 7, 8 angeformt, welche axial um
einen Winkel beta von weniger als 180° gegeneinander versetzt auf dem
Kapselungsrohr 3 abgestützt sind. An der dem Stromleiter 2 zugeordneten Seite
der Manschette 6 ist ein Sicherungselement 9 vorgesehen.
Zur Herstellung der gasisolierten Leitung wird der Isolator 4 auf den Stromleiter 2
aufgeschnappt. Die Manschette 6 umfasst dann den Stromleiter 2 mit dem Winkel
alpha. Durch eine im Leiterrohr vorgesehene Öffnung ist dann das
Sicherungselement 9 geführt, welches den Isolator 4 gegenüber Verschiebungen
in axialer Richtung und gegenüber Verdrehungen in Umfangsrichtung sichert.
Anstelle der Öffnung kann der Stromleiter 2 auf seiner Aussenseite auch eine
Vertiefung aufweisen, in die das Sicherungselement 9 eingreift. Wie aus Fig. 1
ersichtlich ist, enthält das Sicherungselement mindestens einen an die Manschette
6 angeformten und in eine Öffnung des Leiters geführten Zapfen. Dieser Zapfen ist
aus fertigungstechnischen und dielektrischen Gründen mit Vorteil kegelig oder
zylinderförmig ausgeführt und gewährleistet nach Einrasten in der Öffnung eine
besonders vorteilhafte Sicherung des Isolators 4 auf dem Stromleiter 2.
Durch die um dem Winkel beta versetzte Anordnung der beiden Tragelemente wird
Selbstklemmung erreicht. Unter der Wirkung einer mittig zwischen den beiden
Tragelementen wirkenden Kraft, in Fig. 1 etwa der Schwerkraft, werden die beiden
Tragelemente aufgespreizt. Die Manschette umschliesst nun den Stromleiter mit
einer durch das Aufspreizen vorgebenen Klemmkraft und setzt dementsprechend
den Isolator 4 am Stromleiter 2 fest. Wegen der gespreizten Anordnung der
Tragelemente 7, 8 positioniert der Isolator 4 den Stromleiter 2 im wesentlichen nur
in Richtung der Tragelemente. In Gegenrichtung kann er gegebenenfalls verlagert
werden. Daher empfiehlt es sich bei erhöhten mechanischen Belastungen der
gasisolierten Leitung, zwei im Zuge der Leitung nebeneinander liegende Isolatoren
gegeneinander um die Achse 5 verdreht, vorzugsweise um einen Winkel von ca.
180°, anzuordnen. Eine Verlagerung des Stromleiters ist auch dann nicht mehr
möglich, wenn Kräfte aus beliebigen Richtungen auf ihn wirken
(Rundumabstützung).
Eine Rundumabstützung des Stromleiters 2 ist auch dann gewährleistet, wenn an
die Manschette 6 ein in Fig. 1 gestrichelt dargestelltes drittes Tragelement 10
angeformt ist. Der drei Tragelemente 7, 8 und 10 sind hierbei sternförmig an der
Manschette angebracht. Die Manschette 6 umschliesst dann den Stromleiter 2 mit
einem Winkel alpha' von fast 360° weitgehend.
Ersichtlich sind die Tragelemente jeweils hohl ausgebildet und weisen jeweils ein
nach Art eines Trapezes ausgebildetes Profil auf. Das Trapez enthält zwei in
Umfangsrichtung gegeneinander versetzt an der Manschette 6 ansetzende,
zueinander geneigt angeordnete Schenkel und einen die von der Manschette
abgewandten Enden der beiden Schenkel verbindenden Fuss. In den Figuren sind
beim Tragelement 7 die beiden Schenkel mit den Bezugszeichen 11 und 12 und
der Fuss mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet. Jedes der Tragelemente kann
trotz geringer Masse grosse Stützkräfte aufnehmen. Der Fuss 13 ist in
Umfangsrichtung über die Schenkel 11, 12 erstreckt. Daher wird die vom
Stromleiter 2 auf das Kapselungsrohr 3 übertragene Kraft auf eine grosse Fläche
verteilt und so das Kapselungsrohr 3 nur mit geringer Flächenpressung
beaufschlagt.
Jeder der Füsse 13 weist gegenüber dem Abstand zwischen dem Stromleiter 2
und der Innenfläche des Kapselungsrohrs 3 geringe Dicke auf und besitzt eine
gegenüber der Dicke grosse Länge in axialer Richtung (Fig. 2).
Durch diese Ausbildung der Tragelemente des Isolators 4 mit Schenkeln 11, 12
und dünnen schalenförmigen Füssen 13 wird erreicht, dass verhältnismässig wenig
Isoliermaterial mit einer gegenüber dem Isoliergas grossen
Dielektrizitätskonstanten an die Innenfläche des Kapselungsrohrs 3 geführt ist. Es
wird so die elektrische Feldstärke in den zwischen Isolator 4 und Innenfläche des
Kapselungsrohrs 3 vorhandenen mehr oder weniger grossen Spalten gering
gehalten und die dielektrische Festigkeit der gekapselten gasisolierten Leitung 1
optimiert.
Die gleiche Wirkung wird erreicht, wenn die Tragelemente nicht nach Art eines
Trapezes, sondern bogenförmig ausgeführt sind und jeweils mit einem dünnen
schalenförmigen Bogenabschnitt auf der Innenfläche des Kapselungsrohrs 3
aufliegen.
Die Manschette 6 und die Stützelemente 7, 8 sind vorwiegend aus einem
thermoplastischen Kunststoff, insbesondere auf der Basis eines Polymers, geformt,
welcher den Anforderungen des Isolators 4 an die elektrische und mechanische
Festigkeit sowie die Temperatur- und Alterungsbeständigkeit genügt und sich vor
allem auch durch eine geringe Kriechverformung bei mechanischer und
thermischer Belastung auszeichnet. Geeignete Thermoplaste sind Polysulfon
(PSU), Polyethersulfon (PES), Polycarbonat (PC), Polyetherimid (PEI),
Polyphenylensulfid (PPS), Polyamidimid (PAI), Polyphthalamid (PPA), Polyimid
(PI) oder Polyethertherketon (PEEK).
Auch duroplastische Polymere, etwa auf der Basis von flexibilisierten oder
faserverstärkten Epoxiden oder Polyestern, können als Material für den Isolator 4
eingesetzt werden.
Aus elektrischen Gründen ist es vorteilhaft, in den Isolator 4 Feldsteuerelemente
14, 15 und 16 einzuformen, welche wie das Feldsteuerelement 16 auf der
Innenseite der Manschette 6 und wie die Feldsteuerelemente 15 und 16 an den auf
der Kapselung 3 aufliegenden Enden der Tragelemente vorgesehen sind. Diese
Feldsteuerelemente homogenisieren das elektrische Feld in den durch das
Aufeinandertreffen von potentialführenden Teilen, wie Stromleiter 2 und
gegebenenfalls Kapselungsrohr 3, sowie Isolator 4 und Isoliergas dielektrisch
besonders kritischen Tripelbereichen der gasisolierten Leitung. Die
Feldsteuerelemente können aus Metall oder aber auch aus einem Kunststoff mit
gezielt eingestellten elektrischen Eigenschaften, beispielsweise mit einem
spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich zwischen 10 und 105 Ohm cm
und einer Dielektrizitätskonstanten grösser 30, gebildet sein. Mit Vorteil sind die
Feldsteuerelemente 10, 11, 12 von einem elektrisch leitfähigen Polymer gebildet.
Sind Manschette 6 und Stützelemente 7, 8, 10 ebenfalls aus einem polymeren
Material, so kann ein Feldsteuerelemente enthaltender Isolator 4
fertigungstechnisch besonders einfach, etwa durch Spritzgiessen oder Extrudieren,
hergestellt werden.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist im Fuss 13 des Isolators 4 mindestens ein auf der
Innenfläche des Kapselungsrohrs 3 abgestützter Rollenkörper 17 angeordnet.
Dieser Rollenkörper erleichtert das Gleiten des Isolators 4 bei Relativbewegungen
von Kapselungsrohr 3 und Isolator 4 in Richtung der Rohrachse 5.
1
gasisolierte Leitung
2
Stromleiter
3
Kapselungsrohr
4
Isolator
5
Achse
6
Manschette
7
,
8
Tragelemente
9
Sicherungselemente
10
Tragelement
11
,
12
Schenkel
13
Fuss
14
,
15
,
16
Feldsteuerelemente
17
Rollenkörper
Claims (10)
1. Isolator (4) zum Abstützen eines zumindest abschnittsweise überwiegend
axialsymmetrisch ausgebildeten und zur Führung von Hochspannung
vorgesehenen Stromleiters (2) auf der Innenseite eines isoliergasgefüllten
Kapselungsrohrs (3) mit einem federelastisch verformbaren und auf den
Leiter aufschnappbaren Isolatorkörper mit einer axial um den Leiter (2) mit
einem Umfangswinkel (alpha, alpha') von mehr als 180° führbaren,
federelastisch verformbaren Manschette (6) sowie mit mindestens zwei an
die Manschette (6) angeformten Tragelementen (7, 8), welche axial um
einen Winkel (beta) von weniger als 180° gegeneinander versetzt auf dem
Kapselungsrohr (3) abstützbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die
Tragelemente quer zur Achse (5) jeweils ein nach Art eines Bogens oder
eines Trapezes ausgebildetes Profil aufweisen mit einer gegenüber dem
Abstand zwischen Stromleiter (2) und Innenfläche des Kapselungsrohrs (3)
geringen Dicke.
2. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unter Bildung
einer die beiden Tragelemente (7, 8) enthaltenden, sternförmigen
Anordnung an die Manschette (6) ein drittes Tragelement (10) angeformt ist.
3. Isolator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das Profil zwei in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt an der
Manschette (6) ansetzende und gegeneinander geneigt angeordnete
Schenkel (11, 12) aufweist, welche einen in Umfangsrichtung über die
Schenkel erstreckten Fuss (13) halten.
4. Isolator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden
Schenkel unsymmetrisch ausgebildet sind.
5. Isolator nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass
im Fuss (13) mindestens ein auf der Innenfläche des Kapselungsrohrs (3)
abstützbarer Rollenkörper (17) angeordnet ist.
6. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
an der Manschette (6) ein Sicherungselement (9) vorgesehen ist, welches
beim Aufschnappen der Manschette (6) in den Leiter (2) eingreift.
7. Isolator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Sicherungselement (9) mindestens einen an die Manschette (6)
angeformten und in eine Öffnung des Leiters (2) führbaren Zapfen aufweist.
8. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
auf einer dem Leiter (2) zuwendbaren Seite der Manschette (6) und/oder an
auf das Kapselungsrohr (3) führbaren Enden der Tragelemente (7, 8)
Feldsteuerelemente (14, 15, 16) angeordnet sind.
9. Isolator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines
der Feldsteuerelemente von einem elektrisch leitfähigen Polymer gebildet
ist.
10. Leitungsabschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass der Isolator (3) spritzgegossen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001128842 DE10128842A1 (de) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | Isolator für eine gasisolierte Leitung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001128842 DE10128842A1 (de) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | Isolator für eine gasisolierte Leitung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10128842A1 true DE10128842A1 (de) | 2002-12-19 |
Family
ID=7688249
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2001128842 Withdrawn DE10128842A1 (de) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | Isolator für eine gasisolierte Leitung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10128842A1 (de) |
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